آیا ژن‌ها، هارد-دیسک‌های آینده‌اند؟

احسان سنایی – حتماً نام سازمان CERN را شنیده‌اید؛ سازمان تحقیقات هسته‌اى اروپا، که متولّى چندین و چند آزمایشگاه فیزیکى  دنیا، از جمله شتاب‌دهنده‌‌هاى بزرگ ذرات بنیادى‌‌ست. این سازمان، یکى از حجیم‌ترین بانک‌هاى اطلاعاتى  جهان را هم در اختیار دارد، که بخش اعظم آن شامل داده‌هاى خام مربوط به شتاب‌دهنده‌هاست. مثلاً کشف ذره هیگز، که در سال گذشته هیاهوی زیادی را هم برانگیخت، با تحلیل حدود ٢٠٠ پتابایت اطلاعات خام میسر شد؛ یعنى ٢٠٠ میلیون گیگابایت. این حجم از اطلاعات را می‌توان در حدود ٥٠ میلیون DVD ذخیره کرد. آمار سرسام‌آوری‌ست؛ ولى شاید تعجب کنید اگر بگوییم این فناوری دیگر قدیمی شد.

گروهی از دانشمندان انیستیتو بیوانفورماتیک اروپا در شهر هینکستون انگلستان، خبر از ظهور تکنولوژى جدیدى دادند که مى‌تواند همان ٥٠ میلیون DVD را در حدود ٨٠ گرم از مولکول DNA جاسازى کند؛ یعنى مولکولى که خودش حاوى اطلاعات حیاتى  موجودات زنده ا‌ست.

هفته پیش، گروهی از دانشمندان انیستیتو بیوانفورماتیک اروپا در شهر هینکستون انگلستان، خبر از ظهور تکنولوژى جدیدى دادند که مى‌تواند همان ٥٠ میلیون DVD را در حدود ٨٠ گرم از مولکول DNA جاسازى کند؛ یعنى مولکولى که خودش حاوى اطلاعات حیاتى  موجودات زنده ا‌ست. این موضوع در حد حدس و گمان هم نیست؛ چراکه هم‌اکنون همه‌ی ١٥٤ غزل‌واره‌ی شکسپیر در یک رشته DNA جاسازى شده است و هنوز هم آنقدرها جا بوده تا ٢٦ ثانیه از صداى مارتین لوتر کینگ؛ یک نسخه از مقاله معروف جیمز واتسون و فرانسیس کریک راجع به ساختار DNA؛ یک عکس از محل کار خود دانشمندان این پروژه، و همچنین اطلاعات مربوط به تبدیل و بازیابى این داده‌ها را هم درون خودش جا بدهد؛ که مجموعاً حجم‌شان به حدود ٥.٢ میلیون بیت (bit) می‌رسد. و عجیب اینجاست که این اطلاعات، اگر به‌مدت چندین هزار سال هم در معرض باد و باران و آفتاب باشند، از بین نمی‌روند.

فعلاً ذخیره‌سازى هر مگابایت اطلاعات از طریق بازنویسى مولکول‌هاى DNA، حدود ١٢ هزار و ٤٠٠ دلار هزینه برمی‌دارد و بازخوانی آن هم حدود ٢٢٠ دلار. رقم سرسام‌آورى‌‌ست؛ ولى خب نباید از یاد هم برد که هنوز حدود یک هفته هم از اعلام عمومى  این فناوری نمی‌گذرد.

این دانشمندان، از دو روش براى ذخیره اطلاعات بر روی مولکول‌های DNA استفاده کردند. این مولکول‌ها كه خود از دو رشته پليمرى تشكيل شده اند، اصولاً حاوى چهار تركيب زيستى موسوم به بازِ نوكلئوتيدى هستند که نحوه چیدمان شان مشخص می‌کند اين مولکول ميزبان چه اطلاعاتى‌‌ست. این چهار باز هم بر مبناى حروف اول اسامى‌‌شان، A، C، T و Gنامیده می‌شوند. یک تیم از این دانشمندان، به سرپرستى جورج چرچ (George Church) از دانشکده پزشکى دانشگاه هاروارد، آمدند و واحدهاى A و C را به صورت «صفر»، و واحدهاى T و G را هم به صورت «یک» کدگذارى کردند و اطلاعات‌شان را به خورد DNA دادند. گرچه این روش نسبتاً ساده است؛ اما مشکل‌اش این است که به درد ذخیره حجم عظیمى از اطلاعات نمى‌خورد؛ چراکه وقتى چندین صفر یا یک، پشت سر هم تکرار بشوند، رفته‌رفته احتمال اشتباه شدن واحدهاى A با C، یا G با T و بالعکس هم بالاتر می‌رود و بدین‌ترتیب اطلاعات‌مان هم مخدوش خواهد شد.

ولى تیم دوم دانشمندان، به سرپرستى نیک گولدمن (Nick Goldman)، روش پیچیده‌ترى را به کار بستند؛ به این‌صورت که هر بایت اطلاعات – یا هر هشت صفر و یک – را با یک کلمه‌ی رمز  چهارحرفی، که از همان حروف A، C، T و G تشکیل مى‌شد، کدگذاری کردند. در اینصورت احتمال خطا بسیار افت می‌کند و مى‌توان حجم اطلاعات را تا هر اندازه که نیازمان بود، افزایش داد.

گرچه این روش، غنیمت بزرگی براى کتابخانه‌ها و مؤسسات پژوهشى  دنیا به حساب می‌آید و می‌تواند کل بایگانى‌شان را درون یک پوست گردو جا بدهد؛ اما فعلاً ذخیره‌سازى هر مگابایت اطلاعات از این طریق، حدود ١٢ هزار و ٤٠٠ دلار هزینه برمی‌دارد و بازخوانی آن هم حدود ٢٢٠ دلار. رقم سرسام‌آورى‌‌ست؛ ولى خب نباید از یاد هم برد که هنوز حدود یک هفته هم از اعلام عمومى  این فناوری نمی‌گذرد، و این در حالى‌‌ست که طى ٩ سال گذشته، هزینه بازخوانى و بازنویسى  مولکول‌هاى DNA، حدود یک میلیون برابر کمتر شده است. با این حساب، مثلاً در ١٠ سال آینده مى‌‌توان با کمتر از ١٥ دلار، یک فیلم سینمایى را در دو-سه رشته مولکول DNA ذخیره کرد.

منبع: NewScientist

 در همین زمینه:

موفقیت دانشمندان در القای حافظه موقت به DNA

توضیح تصویر:

نیک گولدمن، DNA حاوی تمام غزل‌واره‌های شکسپیر به اضافه یک عکس و بخشی از سخنان مارتین لوتر کینگ را در دست دارد / European Molecular Biology Laboratory